近日，由中國科學(xué)院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列研究團(tuán)隊，利用中國天眼FAST，探測到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)，表明我國納赫茲引力波研究與國際同步達(dá)到領(lǐng)先水平。相關(guān)研究成果于北京時間6月29日在我國天文學(xué)術(shù)期刊《天文與天體物理研究》在線發(fā)表。
納赫茲引力波是引力波的一種，是宇宙中一種極低頻擾動，其頻率為10的負(fù)9次方赫茲。納赫茲引力波由于頻率極低、周期長達(dá)數(shù)年，其波長可達(dá)數(shù)光年，對它的探測十分具有挑戰(zhàn)性。
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺臺長常進(jìn)指出，納赫茲引力波主要是為人類打開了觀測宇宙的一個重要“窗口”，肯定會有許多物理上的重大發(fā)現(xiàn)。用納赫茲引力波，科研人員可以研究宇宙的超大質(zhì)量天體，像黑洞、超大質(zhì)量黑洞，星系的形成、演化、合并，還有宇宙早期的結(jié)構(gòu)等。這些都是天體物理的重大科學(xué)問題。
【資料圖】
利用類似于我國的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST這種大型射電望遠(yuǎn)鏡對一批自轉(zhuǎn)極其規(guī)律的毫秒脈沖星進(jìn)行長期測時觀測，是納赫茲引力波目前已知的唯一探測手段。
中國科學(xué)院國家天文臺研究員、北京大學(xué)研究員李柯伽介紹，實際上真正的引力波探測器是那些脈沖星，科研人員用大型的望遠(yuǎn)鏡就是去讀這些脈沖星的信號，把這些脈沖星作為一個非常標(biāo)準(zhǔn)的“鐘”在用，讀這些“鐘”的信號，來獲取時間，來判斷空間怎么樣受到了引力波的影響。
在此次研究工作中，中國脈沖星測時陣列研究團(tuán)隊利用FAST對銀河系中的57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長期系統(tǒng)性監(jiān)測，將這些毫秒脈沖星組成了一個銀河系尺度大小的探測器來搜尋納赫茲引力波。該團(tuán)隊充分利用FAST靈敏度高、可監(jiān)測脈沖星數(shù)量多、測量精度更高的優(yōu)勢，基于自主開發(fā)的軟件，對FAST收集的時間跨度為3年5個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。在誤報率小于五十萬分之一的前提下，發(fā)現(xiàn)了納赫茲引力波存在的證據(jù)。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺臺長常進(jìn)介紹，證據(jù)就是脈沖星到達(dá)的時間，由于納赫茲引力波產(chǎn)生的時空漣漪，產(chǎn)生的這個晃動。脈沖星角度的一個變化，這是納赫茲引力波存在的一個重要的依據(jù)。他們看到了這種變化。
研究納赫茲引力波對人類探索宇宙意義深遠(yuǎn)
引力波是由加速運動的有質(zhì)量物體擾動周圍的時空而產(chǎn)生的時空漣漪，其信號極其微弱，卻是探測宇宙中不發(fā)光物質(zhì)的直接手段，探測引力波并且開辟引力波觀測宇宙的新窗口是天文學(xué)家長期以來追求的目標(biāo)，并且對人類探索宇宙意義深遠(yuǎn)。
1916年，愛因斯坦基于廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。2016年，美國激光干涉引力波天文臺宣布在百赫茲頻段探測到恒星級質(zhì)量雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波，并因此獲得了2017年諾貝爾物理學(xué)獎。更大質(zhì)量的天體產(chǎn)生的引力波頻率更低。例如，宇宙中質(zhì)量最大的天體，星系中心的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波主要集中在納赫茲頻段。在這個頻段內(nèi)，甚至還有宇宙早期原初引力波殘存至今的部分和宇宙弦產(chǎn)生的引力波。
幾十年來，各國天文學(xué)家一直在為探測神秘的引力波而努力。發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波更是國際物理和天文領(lǐng)域競賽的焦點之一。美國、歐洲、澳大利亞，利用各自的大型射電望遠(yuǎn)鏡，已分別開展了長達(dá)20年的納赫茲引力波搜尋。近年來，中國、印度、南非等國也逐漸開展納赫茲引力波的探測研究。中國科學(xué)院于2016年6月部署了“多波段引力波宇宙研究”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，2019年9月，中國天眼FAST還處于調(diào)試階段，中國脈沖星測時陣列研究團(tuán)隊就聯(lián)合FAST調(diào)試工作組開始試觀測，盡可能早地為探測納赫茲引力波積累觀測數(shù)據(jù)。
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺臺長常進(jìn)說，他們將進(jìn)一步圍繞納赫茲引力波，開辟納赫茲引力波天文學(xué)這個新的科學(xué)方向，并繼續(xù)保持我國在低頻射電天文學(xué)方面的國際領(lǐng)先地位。
(總臺央視記者 褚爾嘉 王帥)
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